JP2003238666A - メタフェニレンとオルトフェニレンの共重合体化合物 - Google Patents
メタフェニレンとオルトフェニレンの共重合体化合物Info
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Abstract
質的に置換基を有しないメタフェニレンとオルトフェニ
レン共縮合体の提供 【構成】 実質的に置換基を有しないメタフェニレン基
とオルトフェニレン基から成る高分子化合物であって、
メタフェニレン基の割合が90〜20%の間にある共縮
合体高分子化合物。
Description
耐熱性、発光性を有し、光・電子機能を有する実質的に
非置換のメタフェニレン基と非置換のオルトフェニレン
から成る高分子化合物、並びに再重合法により該高分子
化合物を製造する方法に関する。
有機ELの発光材料として研究がされている。ディスプ
レイのフルカラー化には2つの手法が考えられる。赤
色、緑色、青色の発光を示す材料を揃える方法(1)
と、青色、あるいは紫外領域の発光から波長変換フィル
ターを用いて三色を作り出す方法(2)である。いずれ
にしても青色発光材料の開発は非常に重要である。青色
発光のπ共役高分子としては、ポリフェニレンビニレン
等〔文献1;Y.Ohmori etal.,Jpn
J.Appl.Phys.,30,L1941 (1991)〕が有
力であるが、広いバンドギャップを有する高分子ほど青
色発光となることが知られている。一般的に、π共役高
分子では共役が広がるほど、蛍光やELなどの発光は長
波長側にシフトするため、このままではπ共役高分子を
青色発光材料として用いるのに工夫が必要である。主鎖
骨格の有効共役長を短くする、すなわち「共役を切断す
る」ことが重要となる。
メタフェニレンの共重合体は、ある割合において無置換
の状態で溶解性が得られることがわかっている〔文献
2;T.Yamamoto et al.,Chem. Lett.,721(2000)〕。ま
た、メタフェニレンユニットを主鎖中に入れることで共
役が切断される。これは、青色有機ELデバイスへの応
用を考えた場合、非常に好ましいことである。また、無
置換ベンゼンであるため、コスト面でも非常に優秀な材
料となることが期待できる。前記文献では、様々な割合
の無置換ポリフェニレンを合成し、その物性の比較検討
を行ている。この割合の制御のため、合成法としては反
応部位の制御に優れるグリニャール反応を用いた重合法
を採用している。
ニャール反応を用いた重合法を用いた。共重合体を得る
ために二種類のジブロモベンゼンの合計モル数に対して
1.1当量のマグネシウムを用いてグリニャール化し、
これをNiCl2(bpy)(bpy=2,2'-bipyridin
e)を触媒として重合を行った(反応式1−2)。反応終
了後、不純物を除くために希塩酸、蒸留水、メタノール
で洗浄を行い、減圧乾燥し目的物を得た。
フェニレンの共重合体の溶解性について、溶媒としては
DMF(N,N−ジメチルフォルムアミド)を用いて検
討したところ、メタフェニレンユニットが多いほど溶解
性が良かった。また、溶解性と関連してメタフェニレン
ユニットの割合が多いほど高分子量のものが得られた。
ニレンの共重合体について、共重合体の組成と赤外吸収
スペクトル、波数810cm-1(ポリパラフェニレンの
吸収)と880-1(ポリメタフェニレンの吸収)との吸
収強度比、フイルムの紫外光(UV)−可視光吸収特
性、蛍光スペクトル(励起波長と発光波長との関係)と
共重合体組成との関連などが検討され、溶液から成形が
可能であり、蛍光電極(エレクトロクロミック)の形
成、炭化フイルム状材料の形成素材として、また、青色
発光蛍光材料として、期待されることを提案してきた。
しかしながら、メタフェニレンとオルトフェニレンの共
重合体については全く検討されていない。
検討がなされていなかったメタフェニレンとオルトフェ
ニレンの共重合体を合成し、該共重合体の特性を検討
し、有用な特性を見出し、該特性を持つ材料の利用を開
発することである。前記目的を達成すべく、本発明者
は、メタフェニレンとオルトフェニレンとを種々の割合
で共重合させた高分子化合物を合成し、また、該高分子
を更に高分子化する方法と、それによって得られたより
高分子化された材料を含めて、その特性を検討し、特定
の組成の共重合体が、溶剤に対する溶解性が良く、高分
子化合物としての耐熱性などの安定性を有し、紫外―可
視光吸収特性、蛍光特性などにおいて、前記本発明者が
開発した、メタフェニレンとオルトフェニレン共縮合体
に優れた特性を持つことを発見し、前記課題を解決する
ことができた。
に非置換のメタフェニレン基と非置換のオルトフェニレ
ンから成る高分子化合物であって、メタフェニレン基の
割合が20〜90%の間にある有機溶媒に可溶な高分子
化合物である。好ましくは、メタフェニレン基の割合が
50〜90%の間にあることを特徴とする前記有機溶媒
に可溶な高分子化合物であり、より好ましくは、数平均
分子量が200〜100000の間にあることを特徴と
する前記各高分子化合物であり、更に数平均分子量が5
00〜10000の間にあることを特徴とする前記高分
子化合物である。
タフェニレン共重合体の合成方法を応用することによ
り、1,3−置換ベンゼンと1,2−置換ベンゼンを原
料として共縮合することにより得ることができる。具体
的には、例えば、触媒の存在下に下記反応式により得ら
れる。
媒と種々の組成の共縮合体に対して調べたところ、トル
エン、DMFやクロロホルム等の有機溶媒への溶解性が
高いことが分かった。また、本発明の高分子化合物の多
くは有機溶剤に可溶であるので、従来の高分子溶液を用
いる成型方法、例えばキャスト法、また溶液を非溶媒か
ら成る、いわゆる凝固浴中に押し出すことによってフイ
ルムなど種々の成形物を製造する方法に用いることがで
きる。
ては特に制限はないが、高分子材料としての強度を得る
ためには数平均分子量が500以上であることが望まし
い。 D.本発明の高分子化合物は、電荷移動錯体を構成する
電子供与体としての導電性有機高分子としての特性を持
つポリパラフェニレンと同様に、電荷移動錯体を形成す
るポリマーとして有用であり、種々の電子受容体、例え
ばテトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン、
ヨウ素などと組み合わせて、有機半導体、有機電荷移送
材料などをうる材料として利用できる。
線の照射によりソフト紫外線〜短波長の可視光(ブルー
領域)に蛍光特性を観察することができ、先の、パラフ
ェニレンとメタフェニレン共縮合体にと同様に蛍光材料
としての有用性を持つ。
光製FT/IR−460を用い、KBrディスク法によ
り測定した。 2、ゲルパーミネーションクロマトグラフィー(GP
C);GPCの測定は東ソー株式会社のHLC−812
0GPCを、検出器としてUV−8020を付属させて
用いた。展開溶媒にはDMFを用いた。また、分子量は
ポリスチレンを標準物質として用いて算出した。 3、紫外可視吸収スペクトル;紫外可視吸収スペクトル
の測定は島津製作所製UV−3100PC型分光光度計
を用いた。溶液状態での測定は調製した溶液サンプルを
1 cm × 1 cmの角型石英セル中で行った。フィルム状態
における測定は石英板上にクロロホルムからキャストし
たフィルムを用いて行った。 4、蛍光スペクトル;蛍光スペクトルは日立製作所製分
光蛍光光度計F4010型を用いて行った。光電子倍増
管には浜松ホトニクス製F924型を用いた。溶液状態
での測定は、1cm×1cmの角型4面石英セル中にお
いて行った。フィルム状態における測定は、クロロホル
ム溶液から石英板上にキャストしたフィルムを用いて行
った。 5、熱重量分析;熱重量分析は島津製作所製熱重量分析
装置TGA−50型および同社製温度アナライザーTA
−50WS型を用いて測定した。測定は白金パン上に試
料を5〜7mg秤量し、窒素雰囲気下で室温から毎分1
0℃の速度で900℃まで昇温し、その間の重量変化を
プロットすることにより行った。 6、粉末X線回折 粉末X線回折の測定は、Rigaku X−ray Di
ffractometerにより行い、試料は粉末状態
のまま行った。
るが、この例示により本発明が限定的に解釈されるもの
ではない。
7.5 mmol)と蒸留THF(テトラヒドロフラン)15mL
をとり、そこに表に示すジブロモベンゼンの合計(5.9
g、25 mmol )と蒸留THFを滴下した。滴下終了後、2
時間室温で攪拌した後、NiCl2(bpy)(25 mg)
(bpy=2,2'-bipyridine)を加え、24時間還流を
行った。室温まで冷却した後、希塩酸を少量加え、これ
をメタノール100 mlに注いだ。この生成物をろ別
し、希塩酸で一回、蒸留水で二回、メタノールで二回洗
浄した後、真空乾燥することで目的物を得た。表1に得
られた高分子の元素分析値を、高分子の収率および組成
と共に示す。MPは合成に用いたメタジブロモベンゼ
ン、OPはオルトジブロモベンゼンを示す。
数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、Mn
/Mw比およびGPCにおいてみられた分子量の範囲を
表2に示す。MP:OPの好ましい範囲は2:8〜9:
1であった。
外線スペクトル〔それぞれ、(a)、(b)、(c)お
よび(d)に対応〕を図1に示す。また、吸収波長88
0cm-1(メタフェニレンに基づく)と994cm
-1(オルトフェニレンに基づく)の吸収強度の比(I8
80/I994)とMP/OPの比との相関を図2に示
す。また、ポリオルトフェニレンとポリメタフェニレン
の各ホモポリマーを1:1の重量比で混合して得られる
サンプルのIRスペクトルを測定したところ、このIR
スペクトルにおける吸収強度の比(I880/I99
4)はMP:OP=5:5の重合によって得られた共重
合体のI880/I994とほぼ一致した。このことか
ら、MPとOPは本発明の共重合体はオルトフェニレン
基とメタフェニレン基をOPとMPの加えた量とほぼ同
じ比率で含有すると考えられる。参考例1、実施例4、
および実施例6の紫外可視吸収スペクトルを図3の
(a)、(b)および(c)として示す。更に、ポリパ
ラフェニレン(PPP)、実施例2、実施例4およびポ
リオルトフェニレン(POP)の粉末X線結晶回折パタ
ーンを図4の(a)、(b)、(c)および(d)とし
て示す。また、各種溶剤に対する溶解性を表3に示す。
び実施例8(MP:OP=1:9)の熱的性質を図5
〔それぞれ(a)および(b)に対応する〕にTGA曲
線として示す。ポリマーの安定性の目安となる5%重量
減少時の温度は360℃付近に見られた。熱的に安定で
あることが分かった。
の、ジオキサン溶液状態および石英板上に塗布したフイ
ルム状態での蛍光スペクトル(励起波長と発光波長との
特性)、量子効率(φPL%)を調べた、結果を表5、図
6(a)は実施例8の化合物のジオキサン溶液、(b)
は実施例2の化合物のジオキサン溶液、(c)は実施例
4の化合物のジオキサン溶液〕および図7(a)は実施
例8の化合物のフイルム、(b)は実施例2の化合物の
フイルム、(c)は実施例4の化合物のフイルム〕に示
す。オルトフェニレンの割合の増加に伴って発光スペク
トルは長波長側にシフトした。青色発光材料として有用
であることが分かった。
レン共縮合体は、溶液から成形が可能であり、充分な耐
熱性を有し、かつ青色発光蛍光材料として、期待される
作用・効果がもたらされる。
参考例2(d)の赤外線スペクトル
994cm-1(オルトフェニレン)との比(I880/
I994)とMP/OPの比との相関
施例6(c)の紫外可視吸収スペクトル
例2(b)、実施例4(c)およびポリオルトフェニレ
ン(POP)(d)の粉末X線結晶回折パターン
び実施例8(MP:OP=1:9)(b)のTGA曲線
(c)の化合物のジオキサン溶液の蛍光スペクトル
(c)の化合物のフイルムの蛍光スペクトル翻訳
Claims (4)
- 【請求項1】 実質的に非置換のメタフェニレン基と非
置換のオルトフェニレンから成る高分子化合物であっ
て、メタフェニレン基の割合が20〜95%の間にある
有機溶媒に可溶な高分子化合物。 - 【請求項2】 メタフェニレン基の割合が50〜95%
の間にあることを特徴とする請求項1に記載の有機溶媒
に可溶な高分子化合物。 - 【請求項3】 数平均分子量が200〜100000の
間にあることを特徴とする請求項1又は2の高分子化合
物 - 【請求項4】 数平均分子量が500〜10000の間
にあることを特徴とする請求項3の高分子化合物。
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